工程熱力學(xué)期末復(fù)習(xí)題1答案

------------------------------------------------------------------------工程熱力學(xué)期末復(fù)習(xí)題1答案一、判斷題：1.平衡狀態(tài)一定穩(wěn)定狀態(tài)。2.熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒定律；3．公式du=cvdt適用理想氣體的任何過(guò)程。4．容器中氣體的壓力不變則壓力表的讀數(shù)也絕對(duì)不會(huì)改變。5．在T—S圖上，任意二條可逆絕熱過(guò)程線(xiàn)不能相交。6．膨脹功與流動(dòng)功都是過(guò)程的函數(shù)。7．當(dāng)把一定量的從相同的初始狀態(tài)壓縮到相同的終狀態(tài)時(shí)，以可逆定溫壓縮過(guò)程最為省功。8．可逆過(guò)程是指工質(zhì)有可能沿原過(guò)程逆向進(jìn)行，并能恢復(fù)到初始狀態(tài)的過(guò)程。9.根據(jù)比熱容的定義式，可知理想氣體的為一過(guò)程量；10.自發(fā)過(guò)程為不可逆過(guò)程，非自發(fā)過(guò)程必為可逆過(guò)程；11．在管道內(nèi)作定熵流動(dòng)時(shí)，各點(diǎn)的滯止參數(shù)都相同。12．孤立系統(tǒng)的熵與能量都是守恒的。13．閉口絕熱系的熵不可能減少。14．閉口系統(tǒng)進(jìn)行了一個(gè)過(guò)程，如果熵增加了，則一定是從外界吸收了熱量。15．理想氣體的比焓、比熵和比定壓熱容都僅僅取決與溫度。16．實(shí)際氣體絕熱節(jié)流后溫度一定下降。17．任何不可逆過(guò)程工質(zhì)的熵總是增加的，而任何可逆過(guò)程工質(zhì)的熵總是不變的。18.不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率；19．混合氣體中質(zhì)量成分較大的組分，其摩爾成分也一定大。20．熱力學(xué)恒等式du=Tds-pdv與過(guò)程可逆與否無(wú)關(guān)。21．當(dāng)熱源和冷源溫度一定，熱機(jī)內(nèi)工質(zhì)能夠做出的最大功就是在兩熱源間可逆熱機(jī)對(duì)外輸出的功。22．從飽和液體狀態(tài)汽化成飽和蒸汽狀態(tài)，因?yàn)闅饣^(guò)程溫度未變，所以焓的變化量Δh=cpΔT=0。23．定壓過(guò)程的換熱量qp=∫cpdT僅適用于理想氣體，不能用于實(shí)際氣體。24．在p－v圖上，通過(guò)同一狀態(tài)點(diǎn)的定熵過(guò)程的斜率大于定溫過(guò)程的斜率。25.壓縮過(guò)程耗功是體積膨脹功，壓氣機(jī)耗功是技術(shù)功；26．供熱量一定，用電爐取暖與用熱泵式空氣取暖耗電量一樣多。27．漸縮噴管出口截面參數(shù)不變，背壓提高，則噴管流量下降。28．工質(zhì)在變截面管道內(nèi)流動(dòng)，管道的最小截面即為臨界截面。29．對(duì)于漸放型噴管，當(dāng)進(jìn)口流速為亞音速時(shí)，可是氣流壓力升高。30.對(duì)于未飽和空氣，干球溫度≥濕球溫度≥露點(diǎn)溫度。31．濕空氣的相對(duì)濕度愈大，則其水蒸氣分壓力愈大。32.相對(duì)濕度越大則空氣的含濕量越高；33．已知濕蒸汽的壓力與溫度就可以確定濕蒸汽的狀態(tài)。34．滯止參數(shù)是工質(zhì)經(jīng)定熵滯止后得到的狀態(tài)參數(shù)。35．露點(diǎn)溫度等于空氣中水蒸氣分壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度。二、圖示題：1.試在圖上定性的表示出n=1.2的理想氣體的壓縮過(guò)程，并在圖上用面積表示所耗過(guò)程功w或技術(shù)功。2．試將滿(mǎn)足以下要求的多變過(guò)程表示在p-V圖和T-s圖上（先標(biāo)出四個(gè)典型過(guò)程）：（1）工質(zhì)膨脹、放熱；（2）工質(zhì)壓縮、放熱且升溫3.將滿(mǎn)足下列要求的理想氣體的多變過(guò)程表示在p—v圖、T—s圖上。1）工質(zhì)升溫、升壓、放熱；2）工質(zhì)膨脹、降溫、放熱。4．在p-v圖及T-s圖上畫(huà)出空氣的n=1.2的膨脹過(guò)程1-2和n=1.6的壓縮過(guò)程1-3，并確定過(guò)程1-2和1-3中功和熱量的正負(fù)號(hào)及初終態(tài)熱力學(xué)能的大小。：1-2過(guò)程功為正，熱量為負(fù)，初態(tài)熱力學(xué)能大于終態(tài)熱力學(xué)能1-3過(guò)程功偉負(fù)，熱量為正，初態(tài)熱力學(xué)能小于終態(tài)熱力學(xué)能5．在T-s圖上畫(huà)出下面兩各熱力過(guò)程：1)k=1.4的空氣，多變壓縮過(guò)程n=1.325；2)n=0.92的吸熱過(guò)程。6.畫(huà)出單級(jí)活塞式壓縮機(jī)將空氣由相同初態(tài)，分別經(jīng)定溫壓縮、定熵壓縮和多變壓縮過(guò)程達(dá)到相同的終態(tài)壓力的p-v，T-s圖，并說(shuō)明其耗功量的大小關(guān)系。7．定性畫(huà)出內(nèi)燃機(jī)三種理想循環(huán)的、圖?；旌霞訜幔簐vspT4512323415定容加熱：ppVTs23412143定壓加熱：ppTvs321434218.在T-s圖上畫(huà)出采用再熱的郎肯循環(huán)循環(huán)圖，并定性說(shuō)明再熱循環(huán)對(duì)循環(huán)熱效率的影響。.答：如果附加部分的效率高，則再熱循環(huán)效率會(huì)提高，中間壓力p提高，會(huì)使提高，但此時(shí)對(duì)干度的改善較小。9.畫(huà)出蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的T-s圖，并說(shuō)明各個(gè)過(guò)程是在哪個(gè)設(shè)備中完成的。答：1-2過(guò)程，壓氣機(jī)中完成；2-3過(guò)程，冷凝器中完成；3-4過(guò)程，節(jié)流閥中完成；4-1過(guò)程，蒸發(fā)器中完成。三、簡(jiǎn)答題：121．122．平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系?3．絕熱過(guò)程是定熵過(guò)程嗎？多變過(guò)程是任意過(guò)程嗎？4．如圖所示的電加熱裝置，容器中盛有空氣，并設(shè)有電阻絲，試問(wèn)取什么為系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界交換的是熱量；取什么為系統(tǒng),系統(tǒng)與外界交換的是電功；取什么為系統(tǒng)，系統(tǒng)與外界沒(méi)有任何能量交換。c5．熱量與功有什么相同的特征，兩者的區(qū)別是什么？5.答：熱量和功都是能量傳遞的度量，它們都是過(guò)程量。只有在能量傳遞過(guò)程中才有所謂的功和熱量，沒(méi)有能量的傳遞過(guò)程也就沒(méi)有功和熱量。區(qū)別：功是有規(guī)則的宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)能量的傳遞，在做功過(guò)程中往往伴隨著能量形態(tài)的變化，熱量則是大量微觀(guān)粒子雜亂熱運(yùn)動(dòng)的能量的傳遞，傳熱過(guò)程中不出現(xiàn)能量形態(tài)的轉(zhuǎn)化。功轉(zhuǎn)化成熱量是無(wú)條件的，而熱轉(zhuǎn)變成功是有條件的。6．為什么T-s圖上過(guò)同一點(diǎn)的氣體的定容線(xiàn)要比定壓線(xiàn)陡一些？6.答：在定容線(xiàn)上，而在定壓線(xiàn)上7．工質(zhì)在壓力p1下被吸入氣缸，可逆壓縮至p2(p1＜p2)，然后排出氣缸，試在p－v圖上表示出此工作過(guò)程的膨脹功和技術(shù)功，并說(shuō)明技術(shù)功和膨脹功之間的關(guān)系。7答：其1-2-3-4-1為技術(shù)功wt1-2-5-6-1為膨脹功wΔ（pv）=δw-δwt8．對(duì)于閉口系統(tǒng)，引起系統(tǒng)熵變的因素有哪些？開(kāi)口系統(tǒng)呢？8答：閉口系統(tǒng)，由于沒(méi)有物質(zhì)的流動(dòng)，引起熵變的主要因素為傳熱引起的熵流，以及不可逆過(guò)程而產(chǎn)生的熵產(chǎn)。對(duì)于開(kāi)口系，除了熵產(chǎn)和熵流之外還有因?yàn)槲镔|(zhì)流動(dòng)所引起的熵的變化9．是否一切熵增過(guò)程都是自發(fā)過(guò)程？可逆過(guò)程的熵增必須為零？9答：不是一切熵增過(guò)程都是自發(fā)過(guò)程，例如氣體的不可逆絕熱壓縮過(guò)程，過(guò)程中氣體的熵增大，但是這個(gè)過(guò)程不是自發(fā)過(guò)程。可逆過(guò)稱(chēng)的熵增不一定為零，可逆過(guò)程的熵產(chǎn)為零，但熵流不一定就業(yè)為零。例如可逆定溫吸熱過(guò)程的熵增就大于零。10．氣體在噴管中流動(dòng)，欲使超音速氣流加速，應(yīng)采用什么形式的噴管？為什么？10答：愈使超音速氣流加速，應(yīng)選用漸擴(kuò)管，因?yàn)槌羲贇饬髟跍p縮噴管中有壓縮的效應(yīng)，只有在漸擴(kuò)噴管中才能膨脹加速11．簡(jiǎn)述制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)的異同點(diǎn)。11答：相同點(diǎn)：原理為逆卡諾循環(huán)，將熱量從低溫帶到高溫不同點(diǎn)：熱泵為產(chǎn)熱，熱為有效，制冷循環(huán)要的是冷量12．在內(nèi)燃機(jī)混合加熱理想循環(huán)、定容加熱理想循環(huán)及定壓加熱理想循環(huán)中，提高壓縮比都可使循環(huán)熱效率提高，試從第二定律分析其原因。12答：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，循環(huán)熱效率為，其中T1為循環(huán)平均吸熱溫度，T2為循環(huán)平均放熱溫度。在這三個(gè)循環(huán)中提高壓縮比，均可以提高循環(huán)平均吸熱溫度，而平均放熱溫度要么不變，要么減小，所以均可使循環(huán)熱效率提高。13．蒸汽動(dòng)力裝置采用再熱的根本目的是提高循環(huán)的熱效率嗎？13．答：不是，采用再熱循環(huán)的目的是為了在提高初態(tài)壓力時(shí)，不引起乏氣的干度的降低，即通過(guò)提高初態(tài)壓力提高熱效率，而再熱循環(huán)較基本循環(huán)的熱效率并不一定提高。14.畫(huà)圖分析新蒸汽參數(shù)對(duì)基本朗肯循環(huán)的熱效率有和影響？14答：初溫對(duì)熱效率的影響：初溫由提高到的T—s圖。初壓和背壓不變，由圖看到，提高初溫可提高循環(huán)的平均吸熱溫度(由提高到)，從而提高循環(huán)的熱效率。蒸汽初壓的影響：圖為保持背壓、初溫不變而升高初壓的循環(huán)T－s圖。顯然，提高可以提高平均吸熱溫度，從而提高循環(huán)的熱效率。15.壓縮蒸汽制冷循環(huán)采用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)，壓縮空氣制冷循環(huán)是否也可以采用這種方法？為什么？15答：不可以。因?yàn)榭諝獾谋葻崛葺^小，且增壓比增大循環(huán)制冷系數(shù)講減小，故每千克空氣的吸熱量不多，為了提高制冷能力，空氣的流量就就要很大，而節(jié)流閥不能滿(mǎn)足大流量的要求。16．如果選取燃?xì)廨啓C(jī)裝置理想循環(huán)的最佳增壓比，是否意味著可獲得最高的循環(huán)熱效率，為什么？16．答：不是，最佳增壓比是針對(duì)循環(huán)凈功而言，即循環(huán)凈功最大。而循環(huán)熱效率，即隨增壓比的增高而遞增的。17．簡(jiǎn)述干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)之間的區(qū)別。17答：干球溫度：為溫度計(jì)測(cè)濕空氣的實(shí)際溫度濕球溫度：是濕空氣流過(guò)濕球時(shí)與濕球建立了熱平衡后的溫度露點(diǎn)溫度：為濕空氣沿等壓線(xiàn)P=Pv降溫至有液態(tài)水析出的溫度18.當(dāng)濕空氣的相對(duì)濕度固定不變時(shí)，濕空氣的溫度增高，濕空氣的含濕量d、露點(diǎn)溫度、濕球溫度如何變化？18.答：含濕量d、露點(diǎn)溫度、濕球溫度都提高。因?yàn)?，而溫度提高時(shí)相應(yīng)的飽和壓力提高，當(dāng)相對(duì)濕度不變，水蒸氣分壓力提高，則露點(diǎn)溫度，含濕量提高。計(jì)算題1.1kgN2在一熱力過(guò)程中從初態(tài)0.2MPa、157℃變化到0.1MPa、27℃，過(guò)程的技術(shù)功為34.94kJ/kg，周?chē)h(huán)境溫度=300；試問(wèn)過(guò)程是否為可逆過(guò)程？過(guò)程有無(wú)不可逆損失？若有不可逆損失，不可逆損失為多少？（視N2為定比熱理想氣體，定壓比熱容Cp=1.038kJ/kg.k，氣體常數(shù)=0.297kJ/kg.k）。1.解：-100kJ/kg取系統(tǒng)與環(huán)境組成孤立系，則＝-0.1678，＝＝0.3333，則＝0.1654>0所以不可逆。49.64kJ/kg。2.將一根即kg的金屬投入kg的水中，初始時(shí)金屬棒的溫度K，水的溫度K，比熱容分別為和，試求終溫和金屬棒、水以及它們組成的孤立系的熵變。設(shè)容器絕熱。2.解：由閉口系能量方程，取容器內(nèi)水和金屬棒為熱力系，絕熱，不作外功，所以，則，。由金屬棒和水組成的是孤立系，孤立系的熵變?yōu)榻饘侔綮刈兒退刈冎?，?0.1918kJ/K＝0.3939kJ/K＝0.2021kJ/K3．在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g工作的某動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)，其高溫?zé)嵩礈囟?1000K低溫?zé)嵩礈囟?300K。循環(huán)中工質(zhì)吸熱過(guò)程的熵變?chǔ)1=1.0kJ/(kg·K)，吸熱量=980kJ/kg；工質(zhì)放熱過(guò)程的熵變?chǔ)2=–1.02kJ/(kg·K),放熱量=600kJ/kg。環(huán)境溫度=300K，試求：(1)循環(huán)的熱效率(2)吸熱過(guò)程和放熱過(guò)程的熵流和熵產(chǎn)；(3)判斷該過(guò)程能否實(shí)現(xiàn)。3解：（1）循環(huán)凈功為=380K循環(huán)熱效率為=38.8%（2）Ⅰ、工質(zhì)吸熱過(guò)程熵流為=0.98kJ/(kg·K)該過(guò)程熵變?yōu)?1.0kJ/(kg·K)則熵產(chǎn)為=0.02kJ/(kg·K)Ⅱ、工質(zhì)放熱過(guò)程熵流為=－2kJ/(kg·K)該過(guò)程熵變?yōu)?–1.02kJ/(kg·K)則熵產(chǎn)為=0.98kJ/(kg·K)（3）由上面結(jié)果得（可任選Ⅰ、Ⅱ之一進(jìn)行判斷，）Ⅰ、工質(zhì)吸熱過(guò)程有，既能實(shí)現(xiàn)工質(zhì)放熱過(guò)程有，既能實(shí)現(xiàn)Ⅱ、也可以用循環(huán)熵增即還是能實(shí)現(xiàn)4.p0=1.0MPa，t0=20oC的空氣可逆絕熱流經(jīng)漸縮噴管，在噴管截面F為0.003平方米處的氣流馬赫數(shù)為0.7，若背壓為0.25MPa，試求F截面處空氣的溫度及流速，噴管出口截面積A2及空氣出口流速，空氣比定壓熱容為cp=1004J/(kgK)4.解：在截面F處，面積AF=0.003，由題意可逆絕熱流動(dòng)，得截面F處的氣流速度為：當(dāng)?shù)匾羲贋?由馬赫數(shù)的概念：因此因此，截面F處的氣流速度為：由可逆絕熱流動(dòng)過(guò)程得：因此流量為：考慮出口截面參數(shù)：因此，在出口處的參數(shù)為：由連續(xù)性方程可知各截面流量應(yīng)相等，因此5．活塞壓縮機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速360轉(zhuǎn)，從環(huán)境吸進(jìn)21℃的空氣14將之壓縮到0.52MPa輸出。設(shè)壓縮過(guò)程為可逆多變過(guò)程，多變指數(shù)為1.3,壓縮機(jī)容積效率ηV=0.95。求:(1)所需輸入壓縮機(jī)的功率；(2)余隙容積比及活塞排量。空氣作理想氣體,比熱容取定值；空氣氣體常數(shù)=287J/(kg·K)、=1005J/(kg·K)、環(huán)境大氣壓pb=0.1013MPa。5．解：（1）由壓縮機(jī)多變過(guò)程壓縮功計(jì)算公式得=167.8kJ/kg壓縮機(jī)空氣質(zhì)量流量為=1.0085kJ/kg壓縮機(jī)的功率為=169.1kJ/kg（2）由余隙容積比與容積效率的公式得余隙容積比=0.02活塞排量為=14.74m36.空氣初始狀態(tài)，p1=0.1MPa，t1=20℃，經(jīng)三級(jí)壓縮，壓力達(dá)到10MPa，設(shè)進(jìn)入各級(jí)汽缸時(shí)的空氣溫度相等，多變指數(shù)均為1.3，各級(jí)中間壓力按壓氣機(jī)耗功最小原則設(shè)計(jì)。如果產(chǎn)氣量為每小時(shí)200kg（1）各級(jí)排氣溫度及壓氣機(jī)的最小功率；（2）多級(jí)改為單級(jí)，多變指數(shù)不變，求壓氣機(jī)耗功和排氣溫度。6.解：由題意得，壓氣機(jī)耗功最小原則設(shè)計(jì)情況下，各級(jí)壓力比應(yīng)該相等，且由進(jìn)入各級(jí)汽缸時(shí)的空氣溫度相等，得各級(jí)耗功相等，因此壓氣機(jī)耗功等于各級(jí)耗功之和：?jiǎn)渭?jí)壓縮排氣溫度:7．某定容加熱活塞式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)的p－v曲線(xiàn)如圖所示。設(shè)其工質(zhì)為空氣，質(zhì)量為1kg，已知p1=1bar，t1=25℃，ε=v1/v2=5，定容過(guò)程中加入熱量q1=800kJ/kg，空氣的氣體常數(shù)為Rg=0.287kJ/(kg·K)，比定容熱容cv=0.718kJ/(kg·K)，等熵指數(shù)γ33214pv7解：（1）（2）由狀態(tài)方程：pv=RgT,得：v1=0.85526m3/kg。因?yàn)?，所以v2=v1/5=0.17105m3/kg，因?yàn)?-2過(guò)程為絕熱壓縮，所以有：，567.27KV2=v3=0.17105m3/kg，定容過(guò)程的吸熱量q1=cv(T3-T2T2=1681.48K，/kg，3-4為等熵過(guò)程，循環(huán)的放熱量：循環(huán)的凈功量：w=q1-q2=379.78kJ/kg，循環(huán)熱效率：8．內(nèi)燃機(jī)混合加熱理想循環(huán)的p－V如圖所示。已知p1=97kPa，t1=28℃，V1=0.084m3，壓縮比ε=15，p3=6.2MPa，t4=1320℃，工質(zhì)視為空氣。試計(jì)算：(1)循環(huán)中各過(guò)程端點(diǎn)的壓力、溫度和體積；(2)循環(huán)熱效率；(3)同溫度范圍的卡諾循環(huán)熱效率。已知空氣的氣體常數(shù)Rg=0.287kJ/(kg·K)，比定容熱容cv=0.718kJ/(kg·334512Vp8答：有狀態(tài)方程可得由題得1點(diǎn)：由得2點(diǎn)：3點(diǎn)：4點(diǎn)：5點(diǎn)：吸熱量和放熱量如下：相同溫限間卡諾循環(huán)熱效率為：9.某蒸汽動(dòng)力裝置采用一級(jí)抽氣回?zé)嵫h(huán)，已知新蒸汽的參數(shù)為MPa，℃，kJ/kg，抽氣壓力為MPa，冷凝器內(nèi)壓力為kPa，忽略水泵功，相應(yīng)的水蒸氣參數(shù)如表1所示。（1）定性地畫(huà)出該循環(huán)的圖；（2）求循環(huán)的抽氣量（3）循環(huán)的吸熱量、放熱量、凈功量及循環(huán)熱效率。表1飽和水和干飽和蒸汽表（節(jié)錄）℃0.0050.010.20.51.032.87945.798120.24151.86179.910.00100530.00101030.00106050.00109250.001127228.19114.6730.885850.374860.19438137.72191.76504.78640.35762.842560.552583.722706.532748.592777.670.4760.6491.5301.8612.1388.3838.1487.1226.8216.5855分解：1點(diǎn)：MPa，℃，kJ/kg，；5分2點(diǎn)：6.7179kJ/(kg.K)，而0.64907kJ/(kg.K)，8.1481kJ/(kg.K)，所以2點(diǎn)位于濕蒸汽區(qū)，則0.843同理＝0.979，則＝2302.3